Laboratorijsko ispitivanje osetljivosti/rezistencije na insulin Rezistencija na insulin - definicije • Stanje smanjene osetljivosti ciljnih tkiva na normalne koncentracije insulina u cirkulaciji • Smanjeno insulin-zavisno preuzimanje glukoze od strane insulin-zavisnih tkiva i povećano stvaranje glukoze u jetri • Smanjena sposobnost insulina da snižava koncentraciju glukoze u krvi Tipovi rezistencije na insulin • Periferna – Mišići – smanjen ulazak glukoze u ćelije posredstvom GLUT4; smanjena sinteza glikogena – Masno tkivo - povećana lipoliza; smanjen ulazak glukoze • Hepatična – Povećano stvaranje glukoze u jetri (izostaje inhibicija glukoneogeneze i glikogenolize; izostaje aktivacija glikogeneze) Masno tkivo Insulin - Hepatična rezistencija na insulin Faktori rizika za razvoj insulinske rezistencije • • • • • • • Muški pol Godine Gojaznost Fizička neaktivnost Alkohol Pušenje Lekovi – glukokortikosteroidi, ciklosporin, hormon rasta, inhibitori proteaza, tiazidi, β-blokatori • Bolesti – Povećana sekrecija antagonista insulina – Ciroza jetre, hepatitis C Jetra Pankreas Glikogen Glukagon Glukoza Glukoza AK AK Glukoza↑ Laktat Portalna vena TG Masti VLDL Tanko crevo Alanin Masti MK↑ TG↑ Hilomikroni Mišići Limfa Masno tkivo Proteini Insulinska rezistencija je komponenta raznih patoloških stanja, kao što su: • Tip 2 DM • Poremećaj tolerancije glukoze • Metabolički sindrom – Abdominalna gojaznost – Dislipidemija • Trigliceridi ↑ • HDL-holesterol↓ – Insulinska rezistencija – Smanjena tolerancija glukoze – Hipertenzija ...ali je prisutna i u nekim fiziološkim stanjima • Pubertet – U funkciji rasta i razvoja – Smanjeni su samo efekti insulina na metabolizam glukoze, anabolički efekti na proteine su sačuvani • Trudnoća – Prolazna fiziološka pojava, razlikuje se od gestacionog DM – Izraženija kod gojaznih trudnica Lokalizacija poremećaja u signalnom putu insulina • Prereceptorski poremećaj – Mutacije insulina; antiinsulinska antitela • Receptorski poremećaj – – – – – Smanjen broj receptora i degradacija IRS Mutacije insulinskog receptora Antitela protiv insulinskog receptora Fosforilacija receptora na ostacima serina Oksidativni stres – otežana fosforilacija Tyr IRS-a • Postreceptorski poremećaj – Mutacije GLUT4 – TNF-α i IL-6 inhibiraju signalizaciju insulina • Kombinacija poremećaja Dejstvo insulina: glavna ciljna tkiva Skeletni mišići Srčani mišić Masno tkivo Jetra Značaj metabolizma glukoze u mišićima • Skeletni mišići preuzimaju oko 75% glukoze posle obroka • Ulazak glukoze u ćelije reguliše brzinu korišćenja glukoze • Glukoza se fosforiliše pod dejstvom heksokinaze (aktivacija insulinom), a zatim se koristi: – za sintezu glikogena (insulin aktivira glikogen-sintazu), ili – za dobijanje ATP-a (insulin indukuje piruvat-kinazu i povećava enzimsku aktivnost) Randle-ov ciklus glukoza-masne kiseline Objašnjava mehanizam kojim masne kiseline ometaju normalnu oksidaciju glukoze pod dejstvom insulina i ulazak glukoze u mišićne ćelije • SMK inhbiraju ekspresiju gena za GLUT 4 u mišićima i masnom tkivu i ispoljavanje vezikula koje sadržavaju GLUT 4 do membrane. • SMK sprečavaju ugradnju glukoze u glikogen i stimulišu oslobađanje glukoze iz jetre. Očito je postojanje fiziološke kompeticije između iskorištavanja glukoze i masti kao energetske rezerve. • Oksidacija masti remeti unos i metabolizam glukoze u ćelijama, a glukoza inhibira iskorištavanje masti. • Metabolizmom glukoze nastaje acetil CoA, koji se razgrađuje do CO2 i vode i generiše nastanak ATP-a oksidativnom fosforilacijom. U stanjima povećane raspoloživosti energetskih supstrata, acetil CoA se konvertuje u malonil CoA, koji predstavlja prvu stepenicu u sintezi masti, a ujedno je i snažan inhibitor unosa masnih kiselina u mitohondrije posredovanog nosačima I obrnuto: glukoza inhibira oksidaciju masnih kiselina u jetri Višak glukoze dovodi do aktivacije acetil-KoA karboksilaze i stvaranja malonil-KoA Malonil-KoA inhibira oksidaciju masnih kiselina u jetri Višak masnih kiselina u jetri usmerava se ka sintezi triglicerida, što može da dovede do steatoze jetre. Diacilglicerol put (DAG put) (za TG u adipoznom tkivu, jetri i bubrezima) glucose CH2OH liver adipose tissue CO NADH+H + liver kidney ADP ATP NAD+ CH2OH CH2OH CHOH CHOH phosphoglycerol glycerol kinase dehydrogenase CH2O-PO3H2 CH2OH CH2O-PO3H2 dihydroxyacetone phosphate glycerol 3-phosphoglycerol RCO¡« SCoA acyl CoA transferase HSCoA HSCoA RCO¡« SCoA CH2OCOR CH2OCOR CHOCOR CH2OCOR triacylglycerol CHOCOR Pi H2O CH2OCOR HSCoA RCO¡« SCoA CHOH CHOCOR CH2OH phosphatase CH2O-PO3H2 acyl CoA transferase diacylglycerol phosphatidate CH2OCOR acyl CoA transferase CH2O-PO3H2 lysophosphatidate Novija saznanja o mehanizmima IR – uloga DAG u mišićima • Ishrana bogata mastima povećava koncentraciju diacilglicerola (DAG) u mišićima • DAG aktivira protein-kinazu C θ (PKC θ) • PKC θ aktivira Ser/Thr kinaze koje fosforilišu ostatke serina IRS1 • Fosforilacija Ser sprečava interakciju IRS1 sa insulinskim receptorom, a time i njegovu aktivaciju fosforilacijom Tyr • Ovo prekida signalni put insulina, pa ne dolazi do translokacije GLUT4 i ulaska glukoze u ćelije Mišići - normalno Mišići - insulinska rezistencija Novija saznanja o mehanizmima IR – uloga DAG u jetri • DAG u hepatocitima aktivira PKC ε • PKC ε aktivira Ser/Thr kinaze koje fosforilišu ostatke serina IRS1 • Fosforilacija Ser sprečava interakciju IRS1 sa insulinskim receptorom, a time i njegovu aktivaciju fosforilacijom Tyr • Ovo prekida signalni put insulina, pa ne dolazi do inhibicije glukoneogeneze i stimulacije sinteze glikogena Jetra - normalno Jetra - insulinska rezistencija Uloga AMPK • AMPK – AMP-zavisna protein-kinaza • Senzor energetskog statusa ćelije, aktivira se povećanjem odnosa [AMP]/[ATP] – U nedostatku glukoze ili kiseonika – Povećana potrošnja energije (fizička aktivnost) • Ubrzava katabolizam glukoze i masti i poništava kompeticiju glukoze i masnih kiselina za oksidaciju • Bigvanidini (Metformin) aktiviraju AMPK Uloga oksidativnog stresa u razvoju insulinske rezistencije Angiotenzin II NADPH oksidaza Insulinski receptor Glukoza Oksidativni stres druge serin-kinaze Mitohondrije GLUT4 vezikula Uloga inflamacije u razvoju insulinske rezistencije • TNF-α aktivira Ser/Thr kinaze koje fosforilišu serinske ostatke IRS i onemogućavaju aktivaciju IRS • IL-6 stimuliše vezivanje IRS proteina za ubikvitin i razlaganje u proteazomu • IL-1 ometa signalni put insulina (fosforilacija Ser, snižena koncentracija IRS) Povezanost gojaznosti i insulinske rezistencije • • • • Dislipidemija Oksidativi stres Inflamacija Adipokini – Adiponektin (antiinflamatorni) – Leptin – Rezistin – proinflamatoran (hepatična IR) Smanjen broj insulinskih receptora Metode za ispitivanje osetljivosti/rezistencije na insulin • Testovi koji se koriste u kliničkim istraživanjima • Jednostavni surogat-indeksi insulinske senzitivnosti Testovi koji se koriste u kliničkim istraživanjima • HIEG klamp (Hiperinsulinemijski EuGlikemijski klamp) – Zlatni standard za procenu insulinske senzitivnosti • Drugi testovi – Test supresije insulina – Analiza minimalnog modela IGTT sa čestim uzimanjem uzoraka Princip HIEG klampa • Test traje 2 – 3 h. • Infuzija insulina obezbeđuje konstantnu hiperinsulinemiju • Infuzijom se daje i poznata, varijabilna količina glukoze, podešena da održava euglikemiju (4,45 – 5,00 mmol/L, meri se svakih 5 – 10 min). • Pod tim uslovima, brzina davanja glukoze u toku poslednjih 30 min testa jednaka je brzini uklanjanja glukoze iz krvi, M (mg/kg/min) • M/I (brzina uklanjanja glukoze po jedinici koncentracije insulina u plazmi) je mera osetljivosti ispitanika na insulin Drugi testovi – Test supresije insulina • Posle supresije endogene sekrecije insulina somatostatinom, daje se poznata količina insulina i glukoze i meri nivo glukoze u određenim intervalima. – Analiza minimalnog modela IGTT sa čestim uzimanjem uzoraka • Matematička analiza odnosa koncentracija glukoze i insulina Surogat-indeksi • Indeksi izvedeni iz vrednosti OGTT – pretežno odražavaju perifernu insulinsku senzitivnost skeletnih mišića • Indeksi izvedeni iz vrednosti našte – pretežno odražavaju hepatičnu insulinsku senzitivnost Indeksi izvedeni iz vrednosti OGTT • 75 g glukoze (kao za OGTT) • Uzorci krvi na 30 min • Određivanje glukoze i insulina u plazmi • Neki indeksi sadrže i druge parametre (TT, ITM, volumen distribucije glukoze) • Validacija indeksa poređenjem sa rezultatima HIEG klampa TT – telesna težina, ITM – indeks telesne mase (BMI – body mass index) OGIS http://webmet.pd.cnr.it/ogis/ogis.php Karakteristike indeksa izvedenih iz OGTT • Dobra korelacija sa rezultatima HIEG klampa • Složeniji od indeksa našte i zahtevaju ispitivanje od najmanje 2 h • Drugi fiziološki faktori utiču na vrednosti insulina i glukoze u toku OGTT – Brzina apsorpcije glukoze – Sekrecija endogenog insulina pod uticajem glukoze i inkretina – Insulin-nezavisni efekti glukoze na preuzimanje i stvaranje glukoze Indeksi izvedeni iz vrednosti našte • Zasnivaju se na pretpostavkama: – Stanje gladovanja je ravnotežno stanje u kojem se stalna koncentracija glukoze održava dejstvom insulina na hepatičnu produkciju glukoze. – Hepatična produkcija glukoze jednaka je ukupnoj potrošnji glukoze u organizmu. – Koncentracija insulina u plazmi našte zavisi od insulinske senzitivnosti. • Indeksi se izračunavaju iz koncentracija glukoze i insulina i predstavljaju jednostavnu metodu za procenu osetjivosti/rezistencije na insulin. • Najčešće korišćeni indeksi: HOMA i QUICKI HOMA • HOMA – HOmeostasis Model Assessment Procena insulinske rezistencije: HOMA-IR HOMA-IR = [insulin (μU/mL)] x [glukoza (mmol/L)] 22,5 Procena funkcije β-ćelija: HOMA-B HOMA-B = 20 x [insulin (μU/mL)] [glukoza (mmol/L)] - 3,5 Za vredosti glukoze 4,5 mmol/L i insulina 5 μU/mL – HOMA-IR = 1, HOMA-B = 100 HOMA2 • Pojednostavljena formula ima nedostataka • HOMA2 softver za izračunavanje %S i %B http://www.dtu.ox.ac.uk/homacalculator/index.php HOMA-IR = 100/%S QUICKI • QUantitative Insulin sensitivity ChecK Index QUICKI = 1 log[insulin (µU/mL)] + log [glukoza (mg/dL)] • Linearna korelacija sa rezultatima HIEG klampa PPAR • Naziv – Peroxisome proliferator-activated receptors – Receptori koji se aktiviraju uz proliferaciju peroksizoma • Subfamilija nuklearnih receptora (transkripcioni faktori) • Vezuju se za DNK kao heterodimeri sa retinoidnim X receptorima (RXR) • Deluju na metabolizam lipida i homeostazu glukoze • PPARα, PPARβ/δ, PPARγ Prva faza aktivacije transkripcije • vezivanje endogenih i egzogenih liganada • heterodimerizacija sa drugim transkripcionim faktorom RXR retinoid-Xreceptor Druga faza aktivacije transkripcije • • • PPAR-RXR prepoznaje mnoge gene u hepatocitima Prepoznavanje PPRE – (PPAR responsive element) pomoću DNK vezujućeg domena Sekvenca nukleotida na PPRE je AGGTCA, AGGTCA PPARα • Endogeni ligandi: PNMK • Egzogeni ligandi: fibrati • Ekspresija: jetra, mišići, srce, bubrezi, makrofage, endotel • Efekti – Proliferacija peroksizoma u hepatocitima – Stimulacija β-oksidacije masnih kiselina u mitohondrijama – Aktivacija lipoproteinske lipaze (ubrzan katabolizam lipoproteina bogatih trigliceridima) – Aktivacija reverznog transporta holesterola (indukcija apoAI, apoA2, ACAT1 i SR-B1) – Inhibicija stvaranja i odgovora na proinflamatorne signale PPARγ • Endogeni ligandi: prostaglandin J2 (PGJ2), linolenska kiselina, PNMK: eikozapentaenska kiselina (EPA) i dokozaheksaenska kiselina (DHA). • Egzogeni ligandi: tiazolidindioni • Efekti – – – – Aktivacija adipocita – povećano skladištenje masti Povećana sekrecija adiponektina Inhibicija stvaranja proinflamatornih citokina Povećanje osetljivosti na insulin Vaša pitanja?